如何区分车规级半导体

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总的观点：市场足够大，机遇与挑战并存

曾有过一篇《2020年汽车芯片行业现状及重点企业》本文算是更全面的梳理，及观念更新

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基本情况

半导体产品根据应用领域可分为汽车、消费电子、通讯互联、工业物联网、航空航天等，这些领域对环境条件、可靠性、耐久性等指标的标准不同，按照从低到高的排列，大致是民用（消费）级、工业级、汽车级、军工级、航空航天级。

汽车是半导体的重要应用领域，目前汽车半导体的用量占到半导体总量的15%以上，是仅次于通信、计算机、消费电子后的第四大领域。汽车半导体从车载收音机、电子喇叭开始，到防抱死系统，电动助力、胎压监测、导航等一直提升到现在的智能驾驶、车联网等等。随着汽车智能化水平的不断提升，半导体的应用也越来越广泛。

汽车级半导体从性能角度看，要求高于工业级和消费级半导体。汽车半导体除了汽车行业通用的规范外，还有更严苛的车规级认证标准。比如故障率的要求是百万分之一，而消费级只要千分之一。从市场角度看，需求量高于军工级和航空航天级半导体。所以汽车半导体具有技术壁垒高与需求旺盛的特点。

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分类及公司

汽车半导体的种类比较多，按用途可以分为功能芯片（MCU）、传感器芯片、功率半导体、其他小类别半导体等，其中MCU、功率半导体和传感器三者的价值占单车半导体总价值的55%以上，是汽车中价值比重最大的三类半导体。相对于传统燃油车，新能源车的半导体成本增加明显，主要是在功率半导体、传感器半导体上，而与发动机相关的半导体成本则在不断降低。

微控制器(简称MCU)，广泛应用于车用仪表、车用防盗装置、充电器、胎压计、温湿度计、传感器等诸多汽车半导体领域。目前单车平均搭载数量超过20个，主要分为以下三类：8位MCU。主要应用于空调、雨刷、天窗、车窗升降、低阶仪表板、集线盒、座椅、门控模块等较低阶的系统控制。16位MCU。主要应用于引擎、齿轮与离合器、电子式涡轮系统、动力传动系统、悬架系统、方向盘、扭力、电子刹车等底盘系统控制。32位MCU。主要应用于仪表板、车身、多媒体信息系统、引擎、智能实时性安全系统、动力系统以及X-by-wire系统等的控制。

全球车载MCU市场占有率前

半导体制造分不同等级，不同等级对电压有不同要求。半导体芯片基本分为商业级、工业级、车规级、军工级。最常见的是商业级就是手机类消费电子产品，通常电压都是里伏特。而像工业级、车规级电压会大很多，车规级几十伏特电压，军工级更复杂。在中国标准分类中，半导体芯片涉及到半导体分立器件综合、半导体发光器件、微电路综合、半导体二极管、微波、毫米波二、三极管、光通信设备、半导体集成电路、标准化、质量管理、电工仪器、仪表综合、元素半导体材料。

以前，李书福说造车莫过于一张沙发加四个轮子；现在，苹果说造车就是一个智能手机加四个轮子。

事实上，这两个观点都没错，只不过是时代不同罢了。

在李书福开始造车的那个时代，汽车是以硬件为主导，整车智能化程度很低，半导体（芯片、传感器等等）占不到整车成本的1%。而现在，汽车已经由硬件主导变为了硬件为基础，软件赋能的时代。如今，智能汽车上的半导体（芯片、传感器等等）已经占到了整车成本的35%左右，可谓是天差地别。

基于此，很多人就问编辑，中国半导体工业本就薄弱，那么造智能汽车上的芯片到底难不难？如果造不出来，电脑上的芯片能不能用到汽车上呢？

事实上造汽车芯片的难度更大，而且民用芯片也不能用在汽车上。

首先，汽车芯片工作环境更加恶劣。

汽车对芯片和元器件的工作温度要求比较宽，根据不同的安装位置等有不同的需求，但一般都要高于民用产品的要求，比如发动机舱要求-40℃-150℃；车身控制要求-40℃-125℃。

而常规消费类芯片和元器件只需要达到0℃-70℃。另外其它环境要求，比如湿度，发霉，粉尘，盐碱自然环境（海边，雪水，雨水等），EMC，以及有害气体侵蚀等，都高于消费类芯片的要求。

第二，汽车电子元件不容许出现失误，运行性稳定要求极高。

汽车在行进过程中会遭遇更多的振动和冲击，车规级半导体必须满足在高低温交变、震动风击、防水防晒、高速移动等各类变化中持续保证稳定工作。另外汽车对器件的抗干扰性能要求极高，包括抗ESD静电，EFT群脉冲，RS传导辐射、EMC，EMI等分析，芯片在这些干扰下既不能不可控的影响工作，也不能干扰车内别的设备（控制总线，MCU，传感器，音响，等等）等。

第三，汽车芯片的设计使用寿命要求更长，故障率更低。

一般汽车的设计寿命都在15年50万公里左右，远大于消费电子产品寿命要求。

二是故障率要求。零公里故障率是汽车厂商最重视的指标之一，而要保证整车达到相当的可靠性，对系统组成的每一个部分要求是非常高的。

由于半导体是汽车厂商故障排列中的首要问题，因此车厂对故障率基本要求是个位数PPM（百万分之一）量级，大部分车厂要求到PPB（十亿分之一）量级，可以说对车规级半导体的故障率要求经常是，“Zero Defect”故障零忍受。

相比之下，工业级芯片的故障率要求为<百万分之一，而消费类芯片的故障率要求仅为<千分之三。

第四，注重安全，需要极高的产品一致性。

车规级半导体在实现大规模量产的时候还要保证极高的产品一致性，对于组成复杂的汽车来说，一致性差的半导体元器件导致整车出现安全隐患是肯定不能接受的，因此需要严格的良品率控制以及完整的产品追溯性系统管理，甚至需要实现对半导体产品封装原材料的追溯。

第五，长期有效的供货周期。

汽车半导体产品生命周期通常会要求15年以上（即整车生命周期均能正常工作），而供货周期，则可能长达30年。因此对汽车半导体企业在供应链配置及管理方面提出了很高的要求，即供应链要可靠且稳定，能全生命周期支持整车厂处理任何突发危机。

相比PC端的芯片，汽车上的芯片难度是巨大的，除此之外还需要控制成本，能耗，等等。

最后即使研发出符合汽车规格的芯片，这才算拿到的入场券。汽车行业的研发周期一般达到了2年左右，这对于很多小企业根本无法支撑这么长的周期。

除此之外，汽车芯片还需要承担巨大的责任，PC端的芯片损坏最多导致电脑或者手机死机，但汽车是和安全息息相关的。在后期长达十年或者几十万公里的用车周期中，如果是由汽车芯片设计导致的安全问题，意味着将承担责任。

对于资金实力相对较弱的中小企业而言，很可能因此而陷入困境，以致于再也不能进入汽车供应链。汽车半导体关于安全和可靠性的连带责任问题，也会使众多厂商对做出进入车规级市场的选择慎之又慎。

由于上述汽车半导体产业的高标准和高门槛，把大量缺乏资金实力，缺乏产业配套资源，并且想要快速做出芯片投放市场取得效益的半导体厂商拒之门外。缺乏新玩家的进入，也使得现有汽车半导体企业(Tier2)、零部件供应商(Tier1)、整车厂商(OEM)已形成强绑定的供应链关系，对新进企业构成坚实的行业壁垒。

写在最后：

上世纪五十年代，汽车制造中所采用的半导体（包含芯片、传感器等等）产品还不到制造总成本的1%。如今，其成本已经可以多达总成本的35%，并且预计到2030年将增加到50%。

智能汽车的发展也造就了汽车半导体全球市场的快速增长。有数据表明，目前欧洲汽车半导体2019年产值达到150.88亿美元，占到全球汽车半导体总产值的36.79%，为全球第一。

美国贡献了全球第二大汽车芯片收入规模，达到133.87亿美元，占全球32.64%。

日本汽车半导体2019年产值达到106.77亿美元，占比在26.03%。而中国大陆2019年汽车半导体实现销售收入仅为10亿美元左右，占比不到3%，和欧美日相比，差距很大。

但也不用气馁，中美贸易战让中国汽车工业更加注重汽车产业的供应链上游建设。目前中国汽车市场也涌现了一批像寒武纪、地平线、西井科技（下期分析中外汽车芯片公司的实力差距）等等的芯片设计公司。未来，希望这些企业可以冲出重围，为中国成为智能汽车强国贡献力量。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

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